保偏光纤的应力双折射与结构优化
保偏光纤的应力双折射与结构优化
2008 年第 4 期 No . 4 2008
产品设计
保偏光纤的应力双折射与结构优化
文建湘1 ,2 , 苏 武1 , 吴 江1 , 徐晓军1 , 萧天鹏1 , 关荣锋3 , 朱福龙3
(1. 江苏法尔胜光子有限公司 ,江苏 江阴 214434 ;2. 上海大学 “特种光纤”重点实验室 ,上海 200072 ;3. 华中科技大学 ,武汉 430074)
尔胜光子有限公司研发工程师 ,上海大学博士 研究生. [ 作者地址 ] 上海市延长路 149 号 ,上海大学 (延长校区) M82528 ,200072
在 2002 年以前 ,我国保偏光纤在工程应用方面的一 些问题仍没有获得重大突破 ,严重影响了光纤传感 器的进展 。保偏光纤的结构设计 、工艺制作 、测试技 术在 20 世纪 80 年代初期最为活跃 ,并且根据不同 原理与制造技术获得高双折射 ,如基于纤芯几何形 状的不圆度 、波导结构在正交方向上的差异以及各 向异性的应力区等 ,分别研制出椭圆芯型 、边通道型 及应力致偏型等三大类十多个品种的保偏光纤[1] 。 经过市场选择 ,最终成为商品的仅有四种 ,即领结 型 、熊猫型 、椭圆包层型和椭圆芯型保偏光纤 。前三 种属应力致偏型 ,而且它们的应力区面积都较大 。
图 1 光纤剖面结构示意图
有限元法的基础是用有限个单元体的集合来代 替原有的连续体 。因此首先要对弹性体进行必要的 简化 ,再将弹性体划分为有限个单元组成的离散体 。 单元之间通过单元节点相连接 ,由单元 、节点 、节点 连线构成的集合称为网格 ;通常把平面划分成三角 形或四边形单元的网格 ;保偏光纤应力双折射的有
3. Huazhong University of Science and Technology , Wuhan 430074 ,China) Abstract : St ress2induced biref ringence in polarization maintaining fibers ( PM Fs) is simply p resented , and t he co mparative analysis o n t he st ress2induced biref ringence in “一 ”shaped and PANDA PMFs using finite2element analysis met hod ( F EM) is addressed. The analysis result s show t hat for“一”shaped PMF t he biref ringence in fiber co re is increased wit hin certain range wit h t he lengt h and widt h of t he st ress2applied sectio n increased ; and in t he same co nditions of cro ss2section st ruct ural parameters , t he cont ribution made by t he st ress2applied section of“一”shaped PMF to t he biref ringence is abo ut 1. 3 times of t hat induced by PANDA PM F ; and regardless of what kind of st ruct ure t he PMF has , a more effective way to increase biref ringence in fiber core is reducing t he distance between st ress2applied section and fiber core. Finally t he p ro spect to t he t rend for t he st ruct ure optimization of PMF is made. Key words : st ress2induced biref ringence ; cro ss2section st ruct ure ; st ress2applied section ; polarizatio n maintaining fiber ( PMF)
光波导应力双折射研究__概述说明
光波导应力双折射研究概述说明1. 引言1.1 概述光波导应力双折射是光学领域中的一个重要研究方向，其涉及的光波导材料在外界应力作用下会发生双折射现象，从而影响其光学性能。
本文旨在对光波导应力双折射进行深入研究，并探讨不同的测量技术和数值模拟方法在该领域中的应用。
1.2 文章结构本文主要包括五个部分。
引言部分概述了文章的研究背景和目的，接着介绍了光波导基础知识，包括光传播原理、光波导的定义与分类以及外界应力对光波导性能的影响。
然后，我们将详细说明应力双折射现象研究方法，包括实验测量技术介绍、数值模拟方法分析以及基于光波导应力双折射的应用研究进展。
接下来，我们将展示并解读实验结果，并进行相应的特性分析与讨论。
最后，在结论与展望部分总结文章主要研究成果，提出存在的问题与改进方向，并展望未来的研究方向和建议。
1.3 目的本文的主要目的是深入研究光波导应力双折射现象，并探讨不同的实验测量技术和数值模拟方法在该领域中的应用。
通过实验结果与分析，我们旨在揭示外界应力对光波导性能的影响机制，并为该领域今后的研究提供参考。
同时，我们也希望通过本文对光波导应力双折射进行全面概述和总结，为相关研究人员提供一个清晰、详细的参考资料。
2. 光波导基础知识：2.1 光传播原理：光传播是指光波在介质中的传播过程。
光波由电磁辐射产生，沿直线或曲线路径向前行进。
根据斯涅尔定律，光在不同介质之间传播时会发生折射现象，即入射角和折射角之间满足一定的关系。
2.2 光波导的定义与分类：光波导是一种能够将光能引导到特定路径中传输的设备或结构。
根据其结构和工作原理的不同，可以将光波导分为几种类型：平面波导、圆柱形波导、槽式波导等。
这些波导可以用于集成光学器件、通信系统、传感器等领域。
2.3 应力对光波导性能的影响：应力是指物体内部或表面受到的作用力。
在光波导中，应力可以通过外部载荷施加或通过材料制备过程中产生。
应力会对光波导的性能产生影响，包括改变材料的折射率、引起双折射效应以及增强或减弱其光学性能等。
光纤的双折射及偏振特性-精品
a A：光纤外径
R：曲率半径
Copyright Wang Yan
Optical fiber communications
1-8
2020/5/12
线P：双弹折光射子：数 ，l 二阶x 张量y 0 .2k 0 5 n 3 (p 1 1p 1) 2 1 ( ) R A 2
p11 p p21
B. 应力双折射
光纤中的应力双折射是由于光弹效应引起的，光纤材料 本身是各向同性的介质。因而不同方向的电场分量所遇到的
折射指数相同，设为n。当光纤受力时，引起了弹性形变， 通过光弹效应该形变可引起折射指数的变化，使材料变为各
向异性，从而呈现出双折射。
1. 光纤弯曲
2. 光纤侧向受压力
y
F
Ax R
y x
1-5 2020/5/12
由于光纤中存在线双折射，两正交线偏振光的相
Copyright Wang Yan
位差沿光纤变化，从而使合成光的偏振态沿光纤周期性变
化。偏振态完成一个周期变化的光纤长度，叫做拍长。
在一个拍长上，两正交偏振光的相位差变化了2π，因而有：
L LB 2
LB
2 L
0
B
双折射越厉害，拍长越短。如光纤的拍长远小于某种外界
j)
Ex
E0
expj(t
xz)
J0(Ur/a) J0(U)
Ey
E0
expj(t
yz)
J0(Ur/a) J0(U)
2、归一化双折射B：BBL
k0
xk 0 y ：等效折射率指数差
nx,ny：LPx,LPy模的等效折射率指数
Optical fiber
L comm3un、ica拍tion长s B ：
保偏光纤应力区-解释说明
保偏光纤应力区-概述说明以及解释1.引言1.1 概述在光通信领域中，保偏光纤是一种关键的光纤器件，能够有效地保持光信号的偏振状态，从而提高光通信系统的性能和稳定性。
然而，保偏光纤在制备过程中会受到外界应力区的影响，影响纤芯中光场的传输特性和偏振性能。
因此，研究保偏光纤的应力区及其调控方法对于提高保偏光纤的性能至关重要。
本文将从保偏光纤的定义和原理、应力区对其性能的影响以及调控方法等方面进行探讨，旨在为保偏光纤的研究和应用提供理论基础和实际指导。
1.2 文章结构本文主要包括三部分内容：引言、正文和结论。
在引言部分中，我们将对保偏光纤的概念进行概述，介绍文章的结构和目的。
在正文部分，我们将深入探讨保偏光纤的定义和原理，分析应力区对其性能的影响，并介绍调控应力区的方法。
最后，在结论部分，我们将总结保偏光纤应力区的重要性，展望未来的研究方向并得出结论。
通过这三个部分的分析，读者将能够全面了解保偏光纤应力区的重要性和相关研究现状。
1.3 目的本文旨在探讨保偏光纤应力区对光纤性能的影响，并提出相应的调控方法。
通过深入分析保偏光纤的定义和原理，我们可以更全面地认识光纤在应力区方面的特性，从而为光通信和光传感领域的应用提供更有效的解决方案。
同时，本文还将总结保偏光纤应力区的重要性，展望未来研究方向，为相关领域的研究和发展提供一定的参考和借鉴。
通过本文的研究，希望能够为光纤技术的进步和应用提供新的思路和方法。
2.正文2.1 保偏光纤的定义和原理保偏光纤是一种特殊的光纤，其内部由两种或以上的材料构成，这些材料的折射率不同。
这种光纤能够将光束中的不同偏振态进行有效地分离，使得传输的光保持同一偏振态。
这种特性使得保偏光纤在光通信和光传感领域有着重要的应用。
保偏光纤的原理主要基于两种物理现象：一是折射率差导致的纵向电场分布不同，从而产生光的偏振旋转；二是光纤内部的几何不对称性导致的偏振模式耦合。
通过选择合适的材料和结构设计，可以有效地实现光纤中偏振态的保持和控制。
保偏光纤偏振特性分析
保偏光纤偏振特性分析保偏光纤（Polarization-Maintaining Fiber）是一种特别设计用于保持光的振动方向不变的光纤。
其优点在于能够提供稳定的光振动方向，广泛应用于激光及通信系统，特别是需要高稳定性和高精度的传感器系统中。
保偏光纤的设计原理是通过施加合适的应力，使光在纤芯和包层之间产生偏振模式耦合。
这种耦合需要使短轴耦合系数远大于长轴耦合系数，从而实现对光振动方向的维持。
下面将对保偏光纤的偏振特性进行详细分析。
保偏光纤的偏振特性主要包括：保偏比、偏振模式耦合系数、偏振模式色散和偏振模式漂移等参数。
首先是保偏比（Polarization Extinction Ratio，PER），它是指在保偏光纤中传播的光波的偏振方向的稳定性。
保偏比通常以分贝（dB）为单位，可以定义为无偏振波与偏振波之间的功率比。
较高的保偏比意味着光纤能够更好地保持光的偏振方向，因此具有更高的稳定性。
其次是偏振模式耦合系数（Polarization Mode Coupling Coefficient，PMCC），它描述了在光纤中不同偏振的光模式之间的耦合程度。
当PMCC较低时，光在光纤中的传输更加稳定。
因此，保偏光纤应具有尽可能低的偏振模式耦合系数，以确保光的偏振方向得到有效地保持。
另外一个重要的参数是偏振模式色散（Polarization Mode Dispersion，PMD），它是指在保偏光纤中由于光的偏振模式耦合引起的光信号传输速度的差异。
这种差异会导致光信号在传输过程中扭曲和扩散，从而降低传输质量。
因此，保偏光纤应具有尽可能低的偏振模式色散，以保持传输信号的稳定性和准确性。
最后一个参数是偏振模式漂移（Polarization Mode Drift，PMD），它描述了保偏光纤中由于应力变化而引起的偏振方向漂移的程度。
偏振模式漂移越小，说明保偏光纤对环境的影响越小，光的偏振方向能够更加稳定地保持。
为了实现上述的偏振特性，保偏光纤的设计和制造过程非常关键。
保偏光纤
保偏光纤保偏光纤：保偏光纤传输线偏振光，广泛用于航天、航空、航海、工业制造技术及通信等国民经济的各个领域。
在以光学相干检测为基础的干涉型光纤传感器中，使用保偏光纤能够保证线偏振方向不变，提高相干信躁比，以实现对物理量的高精度测量。
保偏光纤作为一种特种光纤，主要应用于光纤陀螺，光纤水听器等传感器和DWDM、EDFA等光纤通纤系统。
由于光纤陀螺及光纤水听器等可用于军用惯导和声呐，属于高新科技产品，而保偏光纤又是其核心部件，因而保偏光纤一直被西方发达国家列入对我禁运的清单。
保偏光纤在拉制过程中，由于光纤内部产生的结构缺陷会造成保偏性能的下降，即当线偏振光沿光纤的一个特征轴传输时，部分光信号会耦合进入另一个与之垂直的特征轴，最终造成出射偏振光信号偏振消光比的下降. 这种缺陷就是影响光纤内的双折射效应. 保偏光纤中，双折射效应越强，波长越短，保持传输光偏振态越好。
普通光纤就算制造得再对称，在实际应用中也会受到机械应力变得不对称，产生双折射现象，因此光的偏振态在普通光纤中传输的时候就会毫无规律地变化。
主要的影响因素有波长、弯曲度、温度等。
保偏光纤可以解决偏振态变化的问题，但它并不能消除光纤中的双折射现象，反而是在通过光纤几何尺寸上的设计，产生更强烈地双折射效应，来消除应力对入射光偏振态的影响。
所以保偏光纤一般是应用在对偏振态比较敏感的应用中，如干涉仪，或是激光器。
我常接触到的保偏光纤是用在光源与外调制器之间的连接中。
保偏光纤的应用及未来发展方向保偏光纤在今后几年内将有较大的市场需求。
随着世界新技术的飞速发展和新产品的不断开发，保偏光纤将沿着以下几个方向发展：（1）采用光子晶体光纤新技术制造新型的高性能保偏光纤;（2）开发温度适应性保偏光纤，以适应航空航天等领域环境的要求;（3）开发出各种掺稀土保偏光纤，满足光放大器等器件应用的需求;（4）开发氟化物保偏光纤，促进纤维光学干涉技术在红外天文学技术领域的发展;（5）低衰减保偏光纤:随着单模光纤技术的不断完善，损耗、材料色散和波导色散已经不再是影响光纤通信的主要因素，单模光纤的偏振模色散(PMD)逐渐成为限制光纤通信质量的最严重的瓶颈，在10Gbit/s及以上的高速光纤通信系统中表现尤为突出。
保偏光纤光栅应变传感器的研究
保偏光纤光栅应变传感器的研究孙宇丹【摘要】针对光纤布拉格光栅(FBG)温度和应变的交叉敏感问题,设计了一种带熔点保偏光纤光栅(PMFBG)结构.该结构通过将2段保偏光纤带加大推进量熔接,形成中间凸起结构,然后在熔点位置写入光栅.文中首先采用熊猫保偏光纤设计制作了该结构,并搭建实验装置测试其在(0～2)N轴向应力作用下的反射光谱,发现PMFBG 快轴和慢轴的反射谱均分裂成2个峰值,随着轴向应力的增加,反射谱整体产生红移,同时分裂的2个峰值强度的比值单调减小,且不受温度的影响.随后,采用有限元法分析了该结构的轴向应变分布,并基于传输矩阵法仿真分析了该PMFBG反射光谱随应力的变化特性,仿真与实验结果的一致性较好.证实可利用PMFBG反射光谱的峰值之比消除轴向应变与温度的交叉敏感性,实现轴向应变的测量.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2018(039)006【总页数】5页(P942-946)【关键词】保偏光纤光栅;应变传感器;熔点;温度不敏感【作者】孙宇丹【作者单位】大庆师范学院机电工程学院,黑龙江大庆163712【正文语种】中文【中图分类】TN253;O439引言光纤光栅(FBG)作为一种重要的传感器件具有体积小、重量轻、耐腐蚀、抗电磁干扰等优点，并且能够实现准分布式测量，已经广泛应用于桥梁、大坝等建筑物的健康监测[1-3]。
然而，在实际应用过程中往往需要克服温度与应变的交叉敏感问题[4-5]，为此研究人员提出很多解决方法，如采用双FBG法[6]，FBG和长周期光纤光栅结合法[7]，以及特殊结构光纤光栅法[8-10]。
保偏光纤作为一种特种光纤已经得到广泛应用，当在保偏光纤上写入光栅时，其反射谱包含2个布拉格共振峰。
并且，这2个Bragg反射波长对温度和应变的敏感系数不同，可直接解决普通FBG的温度与应变交叉敏感问题。
然而，慢轴和快轴布拉格反射波长的相对漂移量随温度和应变的变化差别较小，导致同时测量温度和应变时灵敏度较低[11]。
基于保偏光纤的应力传感系统设计与测试分析
HU Q ing, LU Xiao2yu, CHEN Pei2jun ( Chongq ing Un iversity of Posts and Telecomm un ica tion, Chongq ing 400065, Ch ina )
变化 。
图 1 保偏光纤应力传感系统图 在实验系统中 ,采用美国 3M 公司生产的 113μm 熊猫保偏 光纤 (拍长 LB = 116 mm ,损耗 a = 1149 dB / km ,消光比 r < - 30 dB)作为传输和传感光纤 ,双逸出窗式泰勒型晶体起偏器 ,其消 光比为 1 ×10 - 4 ,分光角为 90°,用 Wollaston棱镜作为检偏分束 器 ,偏振抑制比 10 - 6 ,分束角约 2°。 由激光器发出的光经过起偏器变换为线偏振光 ,然后将出 射线偏振光波耦合到保偏光纤中传输 ,再将保偏光纤出射端射 出的光经过一个准直透镜耦合通过 W ollaston棱镜 。Wollaston
1 保偏光纤应力传感实验系统 1. 1 保偏光纤应力传感系统结构
对于理想的保偏光纤 ,如果线偏振光沿光纤的一个光轴注 入 ,就将一直保持这一线偏振状态 ,而当保偏光纤受到外界扭 曲或者压力很大时 ,原来偏振模态的一部分光还是会耦合到与 之正交的模态上去 ,并一直保持在那个模态上传输 [3 ] 。因此 , 可以利用对偏振模态变化的监测获得某些外界参数的变化情 况 。基于这个原理 ,搭建了保偏光纤应力传感实验系统 ,如图 1 所示 ,采用高双折射保偏光纤代替普通光纤作为敏感传输媒 质 ,通过对保偏光纤偏振度变化的检测来监测保偏光纤所受到 的外应力 。
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2008 年第 4 期 No . 4 2008
产品设计
保偏光纤的应力双折射与结构优化
文建湘1 ,2 , 苏 武1 , 吴 江1 , 徐晓军1 , 萧天鹏1 , 关荣锋3 , 朱福龙3
(1. 江苏法尔胜光子有限公司 ,江苏 江阴 214434 ;2. 上海大学 “特种光纤”重点实验室 ,上海 200072 ;3. 华中科技大学 ,武汉 430074)
[ 摘 要 ] 简单介绍了保偏光纤的应力双折射 ,并着重介绍了应用有限元法对“一”字型与熊猫型结构保偏光 纤的应力双折射的对比分析 。分析结果表明 ,对“一”字型而言 ,纤芯区的双折射在一定范围内随应力区的长度及宽 度加大而增大 ;在相同剖面结构参数条件下 “, 一”字型光纤应力区对双折射的贡献约为熊猫型光纤的 1. 3 倍 ;无论是 何种结构的保偏光纤 ,缩小应力区与纤芯之间的距离是增大纤芯区双折射更为有效的途径 。同时对保偏光纤结构 优化的趋势进行了展望 。 [ 关键词 ] 应力双折射 ;剖面结构 ;应力区 ;保偏光纤 [ 中图分类号 ] TN818 [ 文献标识码 ] B [ 文章编号 ] 100621908 (2008) 0420022204
1 应力双折射介绍
保偏光纤中的应力双折射是由光弹效应引起
的 。如果光纤材料本身是各向同性的 ,则在各个方 向上的折射率相同 。然而 ,在保偏光纤拉制的过程 中 ,由于光纤内部各部分的线膨胀系数不同 ,降温时 使得光纤产生各向异性的应力 ,通过光弹效应 ,材料 的折射率呈现出各向异性 ,导致高双折射产生 。领 结型和熊猫型保偏光纤的应力双折射分别为[2] :
( 1. Jiangsu Fasten Photonics Co. ,Ltd. , Jiangyin 214434 ,Jiangsu ,China ; 2. Key Laboratory of Special Optical Fiber ,Shanghai University ,Shanghai 200072 ,China ;
0 引 言
近 20 年来 ,保偏光纤 ( PM F) 的发展及其在传 感器和光通信领域方面的应用均取得显著成绩 。但
[ 收稿日期 ] 2007212213 [ 基金项目 ] 国家863 高技术研究与发展项目
(2003AA312120) [ 作者简介 ] 文建湘 (1975 - ) ,男 ,湖南省益阳市人 ,江苏法
定的 b 值 , a 增加超过某一临界值时双折射反而会 下降 ;只有 b 值充分小 ,才能获得更高的双折射 。
2 应力双折射的有限元法分析
光弹效应的研究是力学 、光学和新技术相结合 的学科 ,有限元法是应力双折射分析的途径之一 。 2. 1 参数设定与计算
保偏光纤的剖面结构及其参数设定如图 1 所 示 ,裸光纤的直径均为 125μm 。光纤 A1 与光纤 B1 结构参数相同 ,应力区距中心的最大 、最小距离均分 别为 30 μm ,10 μm ,纤芯直径均为 6 μm 。光纤 A2 与光纤 B2 的参数分别由“一”字型和熊猫型保偏光 纤的实际 剖面 测绘 得来 , 它们 的纤 芯直 径均 为 6 μm ,光纤 A2 应力区距中心最大与最小距离分别为 22μm 、5μm ,应力区宽度为 14μm ;光纤 B2 应力区 距中心最大与最小距离分别为 43μm ,10μm 。光纤 A1 、B1 、A2 、B2 的 纤芯 线膨 胀系 数为 1. 54 ×10 - 6 K- 1 ,包层线膨胀系数为 0. 54 ×10 - 6 K- 1 ,应力区线 膨胀系数为 2. 54 ×10 - 6 K- 1 。纤芯 、包层 、应力区 三个部分的其余材料参数基本一致 ,弹性模量均为 76 GPa ,泊松比为 0. 186 , 密度为 2. 203 ×103 kg/ m3 ;比热容为 703 J / ( kg ·℃) ,热导率为 1. 38 W/ (m ·℃) 。光纤拉制时 ,冷却气体的对流系数为 200 W/ ( m2 ·℃) 。
Stress2Induced Birefringence and Structure
Optimization of PMF
W EN J ian2xiang1 ,2 , SU Wu1 , WU J iang1 , XU Xiao2jun1 , XIAO Tian2peng1 , GU AN Ro ng2feng3 , ZHU Fu2lo ng3
鉴于椭圆包层型保偏光纤纤芯周围材料具有均 匀的泊松比及领结型保偏光纤具有较高双折射的特 点 ,考虑将椭圆包层应力区分离开 ,并增加分离后应 力区两端的宽度 ,同时适当增加纤芯在长轴方向椭 圆度及应力区掺杂浓度 ,充分利用“应力作用”和“波 导结构”两因素对双折射的贡献 ,成功研制出了结构 新颖的“一”字型保偏光纤 ,产品的综合性能达到国 际先进水平 。为了从理论上证明这一独特结构的优 越性 ,应用有限元法对“一”字型和熊猫型两种结构 的应力双折射进行计算与分析 ,得到一系列有意义 的结果 。
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光纤与电缆及其应用技术
2008 年第 4 期
限元分析基于光纤中应力区与包层之间材料线膨胀 系数的差异 ,以及玻璃软化点温度与室温之间的温 度差 ,再结合应力区的几何形状与大小进行计算 ;其 计算步骤为网格划分 、单元分析 、整体分析[327] 。以光 纤 A1 为例 ,其有限元模型及有限元单元网格如图 2 所示 。
B bowtie
=
2 π
cEΔαΔ T 1-ω
ln
a b
-
3 4
a4 - b4 R4
sin <
(1)
B panda
=
cEΔαΔ T 2 (1 - ω)
4
a- b a+b
2
-
3 4
a2 - b2 2 R2
(2) 式中 c 为光弹系数 , E 为弹性模量 ,Δα为应力区与 包层材料之间的线膨胀系数差 ,Δ T 为玻璃软化温 度与常温之差 ,ω为泊松比 , < 为应力区边缘与中心
图 1 光纤剖面结构示意图
有限元法的基础是用有限个单元体的集合来代 替原有的连续体 。因此首先要对弹性体进行必要的 简化 ,再将弹性体划分为有限个单元组成的离散体 。 单元之间通过单元节点相连接 ,由单元 、节点 、节点 连线构成的集合称为网格 ;通常把平面划分成三角 形或四边形单元的网格 ;保偏光纤应力双折射的有
图 3 双折射 B 与应力区长度 l 的关系
图 2 光纤有限元模型与有限元单元网格
基于材料的线膨胀系数和光弹效应 ,仅考虑外
界温度变化对材料应变的影响 ,而材料应变不会反
过来影响温度 ,两者之间无耦合情况 ,同时假设有关
的材料参数 ,如弹性模量 、泊松比等均为常数 。则图
1 所示的四种保偏光纤的双折射计算结果如下 :
尔胜光子有限公司研发工程师 ,上海大学博士 研究生. [ 作者地址 ] 上海市延长路 149 号 ,上海大学 (延长校区) M82528 ,200072
在 2002 年以前 ,我国保偏光纤在工程应用方面的一 些问题仍没有获得重大突破 ,严重影响了光纤传感 器的进展 。保偏光纤的结构设计 、工艺制作 、测试技 术在 20 世纪 80 年代初期最为活跃 ,并且根据不同 原理与制造技术获得高双折射 ,如基于纤芯几何形 状的不圆度 、波导结构在正交方向上的差异以及各 向异性的应力区等 ,分别研制出椭圆芯型 、边通道型 及应力致偏型等三大类十多个品种的保偏光纤[1] 。 经过市场选择 ,最终成为商品的仅有四种 ,即领结 型 、熊猫型 、椭圆包层型和椭圆芯型保偏光纤 。前三 种属应力致偏型 ,而且它们的应力区面积都较大 。
BA1 = c(σx - σy ) = 6. 380 ×10 -பைடு நூலகம்4
(3)
BB1 = c(σx - σy ) = 6. 440 ×10- 4
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文建湘 ,等 :保偏光纤的应力双折射与结构优化
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这些结构都并非经过理论计算优选的结果 ,对与主 轴成 45°方向的外力较敏感 ,这对保偏光纤综合性 能的提高及包层直径的细化带来较大困难 。为此江 苏法尔胜光子有限公司另辟新径 ,在提高综合性能 的同时 ,争取从应力区形状和几何尺寸方面对保偏 光纤结构进行优化 。
的夹角 , a , b 分别为应力区距纤芯的最大和最小距 离 , R 为裸光纤的外径 。
由式 (1) 、式 (2) 及相关报道可知 ,保偏光纤的双 折射 B 均随 ( a - b) / ( a + b) 增加而增大 , 但各自的 增大趋势不同 ,领结型保偏光纤的呈线性 ,熊猫型保
偏光纤的呈凹陷状 。这表明要获得高双折射 , 熊猫 型保偏光纤的“猫眼”直径必须相当大 。对于一个确
3. Huazhong University of Science and Technology , Wuhan 430074 ,China) Abstract : St ress2induced biref ringence in polarization maintaining fibers ( PM Fs) is simply p resented , and t he co mparative analysis o n t he st ress2induced biref ringence in “一 ”shaped and PANDA PMFs using finite2element analysis met hod ( F EM) is addressed. The analysis result s show t hat for“一”shaped PMF t he biref ringence in fiber co re is increased wit hin certain range wit h t he lengt h and widt h of t he st ress2applied sectio n increased ; and in t he same co nditions of cro ss2section st ruct ural parameters , t he cont ribution made by t he st ress2applied section of“一”shaped PMF to t he biref ringence is abo ut 1. 3 times of t hat induced by PANDA PM F ; and regardless of what kind of st ruct ure t he PMF has , a more effective way to increase biref ringence in fiber core is reducing t he distance between st ress2applied section and fiber core. Finally t he p ro spect to t he t rend for t he st ruct ure optimization of PMF is made. Key words : st ress2induced biref ringence ; cro ss2section st ruct ure ; st ress2applied section ; polarizatio n maintaining fiber ( PMF)